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L’effet Doppler est la variation de la fréquence d’une onde lorsqu’elle est perçue par un observateur en mouvement par rapport à la source émettant l’onde . Cet effet se traduit par une augmentation de fréquence (et une diminution de longueur d’onde) lorsque l’observateur se rapproche de la source (ou la source se rapproche de l’observateur) et une diminution de fréquence lorsqu’ils s’éloignent l’un de l’autre.
Nous pouvons voir cet effet tous les jours lorsque nous observons le changement de hauteur du son d’une voiture qui s’approche de nous puis s’éloigne de nous, comme dans une course de Formule 1. Le son est nettement plus élevé lorsque la voiture s’approche de nous que lorsque il passe devant puis s’éloigne.
Le changement de ton que nous percevons est peut-être l’exemple le plus palpable de l’effet Doppler dans notre vie quotidienne. Cependant, cet effet ne s’applique pas seulement aux ondes sonores, mais à tout type d’onde, y compris les ondes lumineuses. Pour cette raison, l’effet Doppler est d’une grande importance en astronomie et dans de nombreuses autres disciplines scientifiques.
Formule effet Doppler
L’effet Doppler peut s’écrire sous la forme d’un couple d’équations reliant la fréquence ou la longueur d’onde observée à celle de la source. Son application dépend du fait que la source des ondes et l’observateur se rapprochent ou s’éloignent l’un de l’autre.
Lorsque la source s’approche de l’observateur
Dans ce cas, l’équation ou la formule à utiliser est :
Dans ces équations, f obs représente la fréquence perçue par l’observateur ; f source est la fréquence qu’émet la source ; λ est la longueur d’onde ; v est la vitesse avec laquelle l’onde se propage dans le milieu, et v source est la vitesse relative avec laquelle la source se rapproche de l’observateur.
Comme on peut le voir, les équations prédisent que la fréquence perçue par l’observateur augmentera à mesure que la vitesse d’approche de la source augmente, tandis que l’inverse se produit avec la longueur d’onde.
Lorsque la source s’éloigne de l’observateur
Ces équations sont équivalentes aux précédentes, à la différence du signe de la vitesse de la source :
Toutes les variables sont les mêmes que dans le cas précédent. Ces équations prédisent que la fréquence perçue par l’observateur diminuera et que la longueur d’onde augmentera à mesure que la vitesse à laquelle la source s’éloigne augmentera.
décalage vers le rouge ou décalage vers le rouge
La lumière se comporte comme une onde électromagnétique qui se propage dans le vide à une vitesse constante d’environ 300 000 km/s. Ce qui détermine la couleur de la lumière est sa longueur d’onde ou sa fréquence. La lumière visible avec une fréquence plus élevée ou une longueur d’onde plus courte est une couleur entre le bleu et le violet, tandis que la lumière avec une longueur d’onde plus longue et donc une fréquence plus basse est rouge.
Lorsque l’effet Doppler se produit lorsque nous nous éloignons d’une source lumineuse (ou lorsqu’une source lumineuse s’éloigne de nous), nous percevons cette lumière avec une fréquence inférieure à celle qu’émet la source. Cette variation de fréquence fait que la couleur de la lumière que nous percevons est plus proche du rouge qu’elle ne l’était auparavant dans le spectre de la lumière visible. Pour cette raison, ce phénomène est appelé décalage ou redshift.
Comme on peut le voir, le décalage vers le rouge est d’une grande pertinence en astronomie, car sa quantification nous permet de déterminer indirectement la vitesse à laquelle les autres corps célestes s’éloignent de nous. Ceci est accompli en déterminant le décalage de fréquence dans les raies d’absorption atomique de la lumière des étoiles et des nébuleuses distantes.
Il convient de noter que le fait qu’il soit appelé décalage vers le rouge ne signifie pas que la lumière elle-même est rouge, mais plutôt que sa fréquence s’est décalée dans la direction ou le sens dans lequel la fréquence de la couleur rouge se trouve dans le spectre électromagnétique.
Décalage bleu ou décalage
Le blueshift est l’effet inverse du redshift : il désigne l’augmentation de fréquence d’une onde lumineuse ou électromagnétique émise par une source qui se rapproche de nous.
L’effet de déplacement ou de décalage vers le bleu est utilisé, par exemple, dans les compteurs de vitesse à pistolet que la police utilise pour déterminer la vitesse à laquelle une voiture se déplace, en particulier ceux qui fonctionnent avec la technologie LIDAR (système de mesure et de détection d’objets par laser).
Les références
- Juano, A. et al (sf). L’effet Doppler et le passage au rouge et au bleu . Extrait de https://www.ucm.es/data/cont/docs/136-2015-01-27-El%20efecto%20Doppler.pdf
- Nuñez, O (sf). Effet Doppler : décalage rouge et bleu . Récupéré de https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/4424/doppler-effect-shift-toward-red-and-blue-
- Serway, RA, Beichner, RJ et Jewett, JW (1999). Physique: Pour les scientifiques et les ingénieurs (Saunders Golden Sunburst Series) (5e éd .). Philadelphie, Pennsylvanie : Saunders College Pub.
